LU82177A1 - Equipement du trou de coulee d'un four de fusion de matieres non-metalliques - Google Patents

Description

Equipement du trou de coulée d'un four de fusion de matières non-métalliques.

5 La présente invention concerne un équipement pour le trou de coulée d'un four de fusion de matières non métalliques, en particulier d'oxydes inorganiques, destinés à la fabrication de fibres minérales ou céramiques, de produits réfractaires ou de granules non-métallique

La qualité de ces produits dépend essentiellement de l'homogénéité chimique et thermique du bain liquide dans l'engin de fusion, ainsi que de la régularité massique et géométrique avec laquelle le jet sortant du four frappe l'équipement d'effilage, le tambour de gra-‘ nulation ou le moule de coulée.

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Toute variation affectant les critères énumérés ci-dessus influence négativement la qualité et/ou la quantité du produit final, soit en dégradant ses propriétés physiques ou chimiques, soit en diminuant le rendement des équipements de transformation comme l'effileuse 2q ou le granulateur.

Dans les engins connus de fusion de matières non-métalliques, - il s'agit surtout de fours cubilots (95%) et de fours à arcs ou à arcs submergés (5%) - les trous de coulée, constitués d'un 25 ensemble de tuyaux refroidis à l'eau ou de water-jackets éventuellement revêtus de matière réfractaire, mais normalement protégés par les matières fondues elles-mêmes se solidifiant en une couche + épaisse sur la surface refroidissante, débitent irrégulièrement.

Ceci est dû au manque de réglage inhérent à ces trous de coulée.

**· ; 2o Ü s'ensuit que les variations de la viscosité des matières fondues, variations dues à l'hétérogénéité thermique et/ou chimique du bain " liquide, se répercutent sur la régulante du débit avec pour consé quence la formation de jets parapluie, de croûtes ou de loups, ralentissant le débit et rendant nécessaire de fréquents nettoyages.

Ces arrêts ou perturbations se répercutent défavorablement sur la qualité et la quantité du produit final.

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Aussi faut-il dégager assez fréquemment l'orifice de coulée, ce qui se fait avec des moyens très primitifs, comme p.ex. des barres métalliques avec tout ce que ceci comporte en risques et inconvénients.

5 L'équipement du trou de coulée constitue par conséquent l'un des points névralgiques de toute installation de fusion de matières non métalliques en vue de la fabrication de fibres minérales ou céramiques, des produits réfractaires ou de granules 10 non métalliques.

Le but de la présente invention consiste donc à proposer un équipement pour trous de coulée qui comporte des moyens efficaces » de réglage des conditions thermiques de façon à éviter les incon-15 vénients décrits ci-dessus.

Ce but est atteint par l'équipement du trou de coulée suivant l'invention, qui est constitué d'un bloc destiné à être inséré dans la paroi du four et qui est caractérisé en ce qu'il comporte 20 un conduit central du graphite ou carbone qui présente un évasement du coté de l'intérieur du four, lequel conduit est logé dans une masse réfractaire qui présente une résistivité électrique déterminée et qui comprend au moins une électrode métallique ou en graphite enveloppant du moins partiellement le conduit central.

25 L'idée qui est à la base de la présente invention consiste à proposer un équipement qui, en raison de sa conception spécifique se prête particulièrement bien à un contrôle du débit, suite à la possibilité du réglage effectif des conditions thermiques du trou = 30 de coulée, ledit réglage étant basé sur des principes de chauffage i électrique.

Par ailleurs, le choix de graphite comme matériau pour le conduit central est particulièrement avantageux parce que le graphite n'est 35 pratiquement pas mouillé par la plupart des oxydes inorganiques.

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Une première forme d'exécution de l'équipement suivant l'invention prévoit que l'une des électrodes, constituée en acier réfractaire ou en superalliage inoxydable résistant à la haute température, est noyée dans la masse réfractaire, entourant le conduit central 5 en graphite constituant lui-même la seconde électrode. L'électrode métallique peut être en forme de tôle ou de treillis cylindriques ou coniques. Ainsi un courant électrique passant entre les deux électrodes provoque un échauffement homogène par effe Joule de la masse réfractaire faisant office de résistance(électrique. La ré-10 sistivité du réfractaire est choisie en conséquence. Cette masse réfractaire, portée à haute température transmet de la chaleur par conduction au conduit central en graphite dont la température peut être variée en agissant sur la puissance d'alimentation du système. Cette alimentation électrique peut être en courant alternatif ou 15 continu.

Une deuxième forme d'exécution de l'équipement suivant l'invention prévoit que l'électrode circulaire extérieure est en graphite et est solidaire du conduit central. L'épaisseur de l'électrode cir-20 culaire entourant le conduit central est choisie de façon à ce qu'elle s'échauffe fortement par le passage du courant. Cette chaleur est propagée d'une part par conduction dans le graphite jusqu'à la face côté four du conduit central et d'autre part à travers le béton réfractaire de bonne conductivité thermique, mais 25 de faible conductivité électrique sur la partie cylindrique du conduit central. Le béton réfractaire peut être avantageusement à base d'alumine ou en chrome-magnésie.

Pour éviter une déperdition de chaleur dans la direction opposée 30 au conduit central, il est utile d'isoler la face extérieure de* l'électrode circulaire en graphite par un isolant résistant à haute température, collé contre cette surface ou noyé dans le béton à quelque distance de cette surface.

35 Au cas où la longueur du conduit central peut être .fortement réduite, la transmission de la chaleur par conduction dans le graphite seule suffit à obtenir l'effet recherché de réglage de la température, de sorte que le béton réfractaire entre les deux - 4 - électrodes devient superflu. L'espace ainsi crée peut contenir de l'air resp. un gaz neutre ou réducteur.

Une troisième forme d'exécution de l'équipement suivant l'inven-5 tion prévoit qu'à la place de l'électrode métallique, on noie dans un réfractaire isolant une bobine en cuivre refroidie à l'eau, ou en alliage résistant aux hautes températures, bobine qui entoure le conduit central en graphite et dont les deux extrémités sont reliées à une source de courant alternatif de fré-10 quence appropriée. Le champ magnétique créera des courants induits dans le conduit central en graphite en élevant sa température, qui variera en fonction de la puissance et de la fréquence appliquée suivant le principe connu et appliqué dans des fours à induc-* tion à chauffage indirect.

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La forme de la bobine ainsi que l'espacement des spires peuvent être adaptés à différentes formes et dimensions du conduit central permettant ainsi une température régulière resp. des gradients de température déterminés sur la longueur du conduit..

20 Soit que l'on prévoit une construction visant un chauffage du conduit en graphite par conduction, ou que l'on préfère effectuer un chauffage par induction, il est utile suivant l'invention de pourvoir la partie du conduit en graphite située du côté de l'orifice de coulée proprement dit, d'une chemise refroidie par un li-25 quide approprié (eau, huile synthétique etc.)

Le rôle de cette chemise de refroidissement à débit variable est double; d'une part elle sert d'obturateur du trou de coulée par solidification des matières dans le conduit central lorsqu'on 30 coupe l'alimentation électrique et qu'on fait passer le débit de liquide maximum à travers la chemise, d'autre part elle sert de régulateur de température dans le cas où le produit fondu passant à travers le conduit possède une surchauffe importante. Un refroidissement adéquat permet alors d'abaisser la température du 35 produit passant à travers le conduit et d'en régler la viscosité, dont la constance dans le temps est primordiale pour le bon fonctionnement des équipements d'effilage ou de granulation en aval du four. L'excellente conductivité thermique du graphite - 5 - facilite grandement l'efficacité de cette chemise de refroidissement.

La chemise de refroidissement peut selon une première forme 5 d'exécution consister en un anneau vissé à l'extrémité de sortie du tube et pouvant également faire fonction d1amenée de courant. Une deuxième forme d'exécution prévoit qu'une incision spiralée est pratiquée directement dans l'épaisseur du conduit central, refermée et étanchéisée par un manchon en 10 graphite ou en métal en forme de tube se glissant sur les canaux ainsi créés.

Le rëamorçage du jet de coulée peut facilement être effectué en réduisant le débit de liquide au minimum compatible avec la pro-15 tection des pièces mécaniques et en remettant le courant de • chauffage maximum sur les électrodes resp. la bobine d'induction.

L'homogénéisation chimique et thermique du bain liquide dans le four de fusion étant d'une importance capitale sur la qualité 20 du produit coulé final, une particularité intéressante de la présente invention est qu'elle permet une homogénéisation secondaire du bain liquide juste avant son entrée dans le trou de coulée. Ceci est atteint en entourant l'ensemble réfractaire-graphite d'une gaine métallique étanche vers l'extérieur et en 25 prévoyant le passage d'un gaz vers l'intérieur du four, de préférence le long de la paroi intérieure de la gaine métallique entre celle-ci et le béton. A cet effet une conduite servant à véhiculer un gaz neutre ou réducteur est reliée à une chambre de mélange située dans le réfractaire et rendue étanche vers 30 l'extérieur. Le gaz sous pression passe alors de la chambre de mélange circulaire dans l'interstice entre le réfractaire et la* surface intérieure du tube et entre dans l'enceinte du four en créant un mouvement de mélange à intensité réglable dans le bain liquide à l'entrée du trou de coulée. Ce mouvement provoque une 35 homogénéisation thermique et chimique du bain à cet endroit.

Pour éviter l'entrée de produits en fusion dans l'interstice on peut soit prévoir une chicane, soit lasser en permanence du gaz - 6 - sous pression sur l'équipement. La tôle de cerclage extérieure est préférentiellement en acier inoxydable réfractaire.

Le trou de coulée suivant l'invention doit être étanche aux gaz 5 pour permettre d'une part, d'éviter une fuite des gaz de barbotage et d'autre part une entrée d'air de l'extérieur dans le four. A cet effet il a été prévu de rendre étanche l'ensemble de la construction par des O-Rings.

10 Pour permettre la dilatation longitudinale de l'ensemble - de l'équipement suivant l'invention et garantir ainsi les différents composants contre une fissuration lors de l'augmentation ou de la réduction de la température, la construction est fixée au gabarit du four de fusion à l'aide de boulons munis de ressorts qui se 15 compriment ou se tendent en fonction des mouvements relatifs de l'ensemble, par rapport aux parois du four. Des joints glissants munis d'Ο-Rings permettent de garantir l'étanchéité dans toutes les positions. Différents circuits d'eau de refroidissement protègent une surchauffe des Ο-Rings et limitent les dilatations 20 thermiques des pièces mécaniques de fixation. La dilatation transversale est rendue possible par des joints de dilatation dimensionnés en fonction des propriétés intrinsèques du réfractaire utilisé.

25 Pour limiter les déperditions de chaleur, la surface libre vers l'extérieur du réfractaire entourant le conduit en graphite est protégée par un anneau en matière isolante résistant à haute température.

♦ 30 De même pour empêcher l'oxydation de l'extrémité extérieure du conduit en graphite, cette surface est protégée contre l'attaque atmosphérique par une capsule annulaire en réfractaire, préférentiellement en chrome-magnésie électrofondue, qui constitue la busette de coulée. Un barrage de gaz neutres réalisé par un anneau 35 entourant l'extrémité du conduit central améliore utilement la protection du graphite contre l'oxydation atmosphérique.

- 7 - D'autres caractéristiques et avantages ressortent de la description des dessions, où la fig. 1 montre une coupe longitudinale à travers une première forme d'exécution de l'équipement suivant l'invention et la fig. 2 une coupe transversale à travers le 5 même équipement. Les fig. 3 et 4 constituent une coupe longitudinale à travers deux autres formes d'exécution de l'équipement suivant l'invention.

L'équipement pour trou de coulée de fours de fusion de matières 10 non-métalliques comprend le conduit central (1) en graphite qui s'élargit tronçoniquement vers l'amont et qui est continué en aval par un anneau de protection (9) constituant une busette. Le conduit central (1) est entouré par la masse réfractaire (2).

15 Les électrodes de chauffage (3) constituées soit par des éléments en métal ou en graphite, soit par des bobines d'induction sont noyées dans la masse réfractaire (2) et reliées à une source électrique par des raccords (6).

20 Une couche d'isolation thermique (21) est utilement prévue pour garantir une plus grande uniformité thermique dans le conduit central (1) et empêcher la déperdition de chaleur vers le garnissage du four lui-même.

25 L'ensemble conduit central (1) - masse réfractaire (2) est gainé d'une tôle extérieure (7). Délimitée par un canal annulaire dans la masse réfractaire et la tôle (7) se trouve une chambre de mélange (13) pour le gaz de barbotage destiné à provoquer une homo-> généisation thermique et chimique du bain avant son entrée dans 30 le conduit central. Le gaz arrive dans la chambre de mélange (1*3) par une conduite d'amenée (8) et est conduit vers le bain de préférence par l'interstice très étroit prévu entre la masse réfractaire (2) et la tôle (7).

35 Le flux thermique vers l'orifice de coulée (9) est contrôlé par le circuit de refroidissement à eau (5) prévu dans l'anneau (4) qui recouvre le conduit en graphite (1) et sert de logement à la busette de coulée (9). Un anneau (20) créant un barrage au gaz - 8 - neutre assure une protection supplémentaire contre l'oxydation du graphite.

La face extérieure du réfractaire (2) est protégée par une plaque 5 isolante (10).

L'ensemble constituant le trou de coulée est fixé au gabarit du four de fusion à l'aide de fixations sur ressorts (12) et rendu étanche au moyen d'O-Rings (15).

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Des circuits de refroidissements à l'eau (11) sont prévus au voisinage de cette fixation.

* * Comme il ressort des fig. 1 et 2, le conduit en graphite est utilement constitué de 2 parties concentriques (1 et 1') où celle formant chenal de coulée proprement dit (1) est amovible séparément.

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Claims (10)

1. Equipement du trou de coulée d'un four de fusion de matières , non-métalliques, en particulier d'oxydes inorganiques, en vue de la fabrication de fibres minérales ou céramiques, de produits réfractaires ou de granules non métalliques, qui est 5 constitué d'un bloc destiné à être inséré dans la paroi du four et qui est caractérisé en ce qu'il comporte un conduit central en graphite ou en carbone qui présente un évasement du côté de l'intérieur du four, lequel conduit est logé dans une masse en matière réfractaire qui présente une résistivité électrique dé- 10 terminée et qui comprend au moins une électrode métallique ou en graphite entourant du moins partiellement le conduit central.

2. Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des électrodes, de section annulaire constituée en acier 15 réfractaire, en superalliage inoxydable, ou en graphite et noyée dans la masse réfractaire entourant le conduit central en graphite constituant lui-même la deuxième électrode.

3. Equipement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que 20 l'électrode métallique est constituée par une tôle de forme cylindrique ou tronçonique.

4. Equipement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode métallique est constituée par un treillis de forme 25 cylindrique ou tronçonique. 1 2 Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode extérieure, de section annulaire, est en graphité et en ce qu'elle est solidaire du conduit central. 30 2 Equipement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que en contact ou à proximité de la face extérieure de l'électrode est prévu un isolant résistant aux hautes températures. - 2 -

7. Equipement suivant les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'espace entre les deux électrodes reste creux et est rempli d'un gaz. 5 8) Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse réfractaire est isolante et qu'une bobine qui entoure le conduit central en graphite y est noyée et dont les deux extrémités sont reliées à une source de courant alternatif. 10

9. Equipement suivant les revendications 1-8, caractérisé en ce que la partie du conduit en graphite située du côté de l'orifice de coulée est munie d'une chemise à refroidissement par liquide. * * 15 10) Equipement suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la chemise de refroidissement consiste en un anneau vissé à l'extrémité de sortie du tube.

11. Equipement suivant la revendication 9, caractérisé en ce que 20 la chemise de refroidissement est constituée d' une incision en forme de spirale pratiquée directement dans le matériau du conduit central qui est refermé et étanchéisé par un manchon en graphite en forme de tube se glissant sur les canaux ainsi créés. 25 12) Equipement suivant les revendications 1-11, caractérisé en ce que 1·'ensemble réfractaire/graphite est entouré extérieurement d'une gaine métallique étanche et qu'un passage est prévu pour le gaz depuis une chambre annulaire vers l'intérieur du four. * 30 13) Equipement suivant la revendication 12, caractérisée en ce que » le gaz est amené vers une chambre de mélange aménagée dans le réfractaire et rendue étanche vers l'extérieur.

14. Equipement suivant les revendications 12 et 13, caractérisé en 35 ce que le gaz passe de la chambre de mélange- vers l'intérieur du four le long de la paroi entre la gaine métallique et la partie terminale de la pièce de graphite. - 3 -

15. Equipement suivant les revendications 1-14 caractérisé en ce qu'il est fixé au gabarit du four de fusion à l'aide de boulons munis de ressorts. 5 16) Equipement suivant les revendications 1-15 caractérisé en ce que la surface libre du réfractaire est protégée vers l'extérieur par un anneau en matière isolante, résistant à haute température. 10 17) Equipement suivant les revendications 1-16, caractérisé en ce que l'extrémité libre vers l’extérieur du conduit en graphite est protégée par une capsule annulaire en matière réfractaire constituant la busette de coulée. * 15 18) Equipement suivant les revendications 1-17, caractérisé en ce que l’on prévoit un barrage de gaz neutres réalisé par un anneau entourant l'orifice de coulée.

19. Equipement suivant les revendications 1-18, caractérisé 20 en ce que le conduit en graphite est constitué de deux parties concentriques, où celle formant chenal de coulée proprement dit est amovible séparément. » %